Sensori ir viena fizikāla lieluma pārveidotāji citā (parasti elektriskā) lielumā, un tos plaši izmanto mājsaimniecības un rūpniecības ierīcēs. Bez tiem ir ļoti grūti vai pat neiespējami izmērīt, digitalizēt un apstrādāt tādus procesa parametrus kā spiediens un plūsma (gāzes vai šķidruma), temperatūraspiediens, līmenis, magnētiskā vai elektriskā lauka stiprums utt. Viens no visizplatītākajiem sensoriem ir Hall sensors - to izmanto gan sadzīves lietojumos (sākot ar viedtālruņiem vai klēpjdatoriem), gan vismodernākajās rūpniecības iekārtās.
Saturs
Hola efekts - darbības princips
Šo efektu 1879. gadā atklāja amerikāņu fiziķis Edvīns Hols, un tas ir nosaukts viņa vārdā. Šīs parādības būtība ir tāda, ka, ja paņem metāla plāksni un caur to laiž elektrisko strāvu (virzienā AB attēlā), un pēc tam uz plāksni iedarbojas ar magnētisko lauku, piemēram, tādu, kādu rada pastāvīgais magnēts, tad rodas potenciālu starpība virzienā, kas ir perpendikulārs strāvas plūsmai (CD attēlā).
Šo efektu izraisa Lorenca spēks, kas iedarbojas uz kustīgajiem lādiņiem un pārvieto tos virzienā, kas ir perpendikulārs kustības virzienam. Tā rezultātā plāksnes malās rodas potenciālu starpība, ko var izmērīt vai izmantot izpildmehānismu iedarbināšanai (ar pastiprināšanu). Šī atšķirība ir atkarīga no:
- strāvas stiprumu;
- magnētiskā lauka stiprums;
- brīvo lādiņnesēju koncentrācija vadītājā.
Šī parādība ir nosaukta tās atklājēja vārdā - Hala efekts.
Hola sensoru veidi un uzbūve
Šis efekts, kas tika atklāts aizpagājušajā gadsimtā, ir atradis praktisku pielietojumu. Tas ir magnētiskā lauka sensoru pamatā. To priekšrocība ir tā, ka tiem nav kustīgu vai berzes elementu (atšķirībā no niedru slēdžiem), tāpēc to uzticamība ir daudz augstāka. Saskaņā ar to jutīguma principu rūpnieciskie sensori Hola sensori ir iedalīti:
- unipolārs (reaģē tikai uz vienu magnētisko polu - ziemeļu vai dienvidu);
- bipolāri (aktivizē tās pašas polaritātes magnētiskais lauks, deaktivizē pretējas polaritātes magnētiskais lauks);
- omnipolārs - reaģē uz jebkuru magnēta polu.
Potenciālu starpība, ko rada magnētiskais lauks, kas iedarbojas uz kustīgiem lādiņiem, ir vienībās, labākajā gadījumā desmitos mikrovoltu. Ar to praktiskiem lietojumiem nepietiek, potenciālu starpība ir jāpastiprina. Šie pastiprinātāji ir iebūvēti tieši sensora korpusā, un ierīces ir iedalītas divās klasēs atkarībā no pastiprinātāja tipa.
- Analogs. Sensora izejas spriegums ir proporcionāls magnētiskajam laukam (tas ir atkarīgs no magnēta stipruma un attāluma no tā). To pamatā ir operatīvie pastiprinātāji, un tos var izmantot magnētisko lauku mērīšanai.
- Digitālā formātā. Pēc pastiprinātāja komparators vai Šmita trigeri. Ja magnētiskā indukcija sasniedz noteiktu slieksni, izejas spriegums lēkā no nulles līdz augstam līmenim (parasti līdz barošanas sprieguma līmenim). Šos sensorus izmanto, lai izveidotu magnētiskos relejus vai impulsu ģeneratorus. Pastiprinātais signāls no plates tiek padots uz sliekšņa ierīci. Kad tiek sasniegts iestatītais līmenis, sensors tiek aktivizēts. Reakcijas līmeni var regulēt, mainot attālumu no sensora līdz magnētiskā lauka avotam.
Hala sensoru lietojumi
Visizplatītākais Halla sensoru pielietojums sadzīvē ir bezkontakta aizdedzes sistēmas transportlīdzekļos. To priekšrocība ir tā, ka tām nav mehānisku kontaktu grupu. Tas nozīmē, ka nenotiek nodilums, kontaktu apdegšana un mehāniskas bojāšanās risks.
Sadales sistēmā ir plāksne ar izvirzījumiem, ko darbina motora kloķvārpsta, pastāvīgais magnēts un pats Hola sensors. Plāksnei rotējot, projekcijas precīzi noteiktā brīdī, ko nosaka kloķvārpstas stāvoklis, trāpa spraugā starp sensoru un magnētu, mainot magnētisko lauku. Sensors ģenerē impulsus, kas ir sinhronizēti ar kloķvārpstas rotāciju, kas regulē augstsprieguma spolei vajadzīgajos brīžos pievadīto spriegumu. Lai noteiktu kloķvārpstas stāvokli, transportlīdzeklī tiek izmantoti arī magnētiskā lauka sensori.
Vēl viens magnētiski jutīgu sensoru izmantošanas veids ir elektromotoru rotoru stāvokļa noteikšana. Releja elements ir piestiprināts motora statoram, un tas tiek iedarbināts, kad tiek šķērsots polis. Šo principu var izmantot, lai izveidotu ātruma skaitītāju vai ātruma mērītāju.
Ierīces, kuru pamatā ir Hola efekts, tiek izmantotas klēpjdatoros vai mobilajās ierīcēs - kā vāka aizvērtas pozīcijas indikators. Kad sensors ir aktivizēts, dators pāriet miega režīmā vai izslēdzas. Savukārt viedtālruņos viena no sensora, kas reaģē uz Zemes magnētisko lauku, funkcijām ir organizēt elektroniskā kompasa darbību.
Analogie Hola sensori tiek izmantoti mērinstrumentos, kur nepieciešams novērtēt magnētisko lauku. Tie ir neaizstājami bezkontakta strāvas plūsmas mērījumiem vadītājā. Kā zināms, kad strāva plūst caur vadītāju, ap to rodas magnētiskais lauks. Tās stiprums ir atkarīgs no strāvas stipruma. Ja strāva ir maiņstrāva, lauku var izmērīt ar citiem līdzekļiem (piemēram, strāvas transformatoru), bet līdzstrāvas gadījumā ir nepieciešams Hola sensors. Tas ir princips, pēc kura darbojas līdzstrāvas spailes.
Eksotiskākais Hola efekta pielietojums ir jonu raķešu dzinēju konstruēšana, pamatojoties uz tā principu.
Kā pārbaudīt Hola sensoru
Lai pārbaudītu sensoru, varat izveidot vienkāršu shēmu, kurai papildus pašam sensoram ir nepieciešama arī
- Pareiza sprieguma barošanas avots;
- rezistors pretestība ir aptuveni 1 kΩ;
- LED;
- magnēts.
Ja nav pieejams LED, tā vietā var izmantot multimetru (un strāvas ierobežošanas rezistoru). multimetrs (digitālo vai daudzfunkciju mērītāju) sprieguma mērīšanas režīmā.
Barošanas avotam nav īpašu prasību - strāvas strāvas ķēdē ir diezgan mazas. Tā spriegumam jābūt testējamā sensora barošanas sprieguma robežās. Savienojiet LED ar tās anodu ar sprieguma avota plusa pusi, bet katodu - ar testējamās ierīces izeju, jo sensors parasti ir izgatavots ar atvērtu kolektoru (bet labāk to pārbaudīt datu lapā).
Testēšanas procedūra ir atkarīga no testējamās ierīces tipa.
- Lai pārbaudītu unipolāru digitālo sensoru, sensora priekšā jānovieto magnēts ar vienu polu. Gaismas diodei ir jāieslēdzas (voltmetra bultiņai ir jānovirzās vai digitālā testera rādījumiem ir jāmainās lēcienveidā). Ja magnēts tiek noņemts no magnēta ievērojamā attālumā, ķēdei jāatgriežas sākotnējā stāvoklī. Ja sensors nedarbojas, pagrieziet magnētu otrādi un atkārtojiet procedūru. Ja LED mirgo, sensors darbojas. Ja nav panākumu nevienā no magnēta stāvokļiem, ierīce nav piemērota lietošanai.
- Bipolārais digitālais sensors tiek testēts, izmantojot līdzīgu metodi, tikai LED iedegas vienā magnēta pozīcijā un nedeg, kad magnētiskā lauka avots tiek noņemts. Ķēdei nevajadzētu reaģēt uz turpmākām manipulācijām ar to pašu polu. Ja magnētu apgriež otrādi un pietuvina to sensoram ar pretēju polaritāti, LED vajadzētu izslēgties. Tas norāda, ka testējamā ierīce darbojas pareizi. Ja ķēde nedarbojas, tad sensors ir bojāts.
- Omnipolārais digitālais Hola sensors tiek testēts tāpat kā unipolārais sensors, taču magnētiski jutīgajai ierīcei jāatslēdzas jebkurā magnēta pozīcijā.
Analogos sensorus testē, izmantojot tādu pašu metodiku kā digitālos sensorus, taču izejas spriegumam nevajadzētu mainīties pēkšņi, bet gan vienmērīgi, palielinoties magnētiskajam spēkam (piemēram, tuvojoties pastāvīgajam magnētam vai pieaugot strāvai elektromagnēta tinumā).
No praktiskā viedokļa interesants ir jautājums, kā pārbaudīt Hala sensoru, kas uzstādīts automašīnas bezkontakta aizdedzes sistēmā. Lai to izdarītu, noņemiet savienotāju no sensora un samontējiet norādīto shēmu tieši uz kontaktiem.
Arī šajā gadījumā LED var aizstāt ar multimetru. Manuāli pagriežot automašīnas kloķvārpstu, var novērot neregulāru LED mirgošanu vai izejas sprieguma izmaiņas no nulles līdz aptuveni automašīnas iebūvētajam spriegumam. Alternatīvs pārbaudes veids garāžā ir uz laiku nomainīt ierīci ar zināmu labu rezerves sensoru.
Hola sensors ir plaši izmantots gan sadzīvē, gan rūpniecībā. To nav grūti pārbaudīt, ja ir izpratne par tās darbību.
Saistītie raksti:
